GIỚI THIỆU
Giới thiệu đề tài
Trong bối cảnh đại dịch COVID-19, Việt Nam đang phải đối mặt với những thách thức lớn trong việc giảm thiểu tiếp xúc để ngăn chặn lây lan virus Để đảm bảo an toàn, các công việc nguy hiểm và nhỏ nhặt nên được thực hiện một cách gián tiếp Điều này đã dẫn đến nhu cầu về những sản phẩm thiết thực, trong đó có xe phun khử khuẩn điều khiển qua thiết bị di động, nhằm hạn chế sự tiếp xúc trong môi trường có nguy cơ nhiễm COVID-19.
Xe phun khử khuẩn được thiết kế để hoạt động linh hoạt, giúp giảm thiểu sức lao động trong bối cảnh dịch bệnh phức tạp hiện nay Việc phun khử khuẩn là một công việc nặng nhọc và tiềm ẩn nhiều rủi ro cho sức khỏe của đội ngũ tuyến đầu chống dịch Sáng chế này không chỉ đảm bảo an toàn mà còn nâng cao hiệu quả trong công việc, góp phần bảo vệ sức khỏe cho những người tham gia phòng chống dịch.
Mục đích đề tài
Xe phun khử khuẩn hỗ trợ nhân viên giảm bớt vất vả và hạn chế tiếp xúc trong môi trường dịch bệnh Đồng thời, nó giúp sinh viên áp dụng kiến thức học được để nghiên cứu và thiết kế Với kết cấu cơ khí đơn giản nhưng tích hợp điện tử, xe phun khử khuẩn là điểm khởi đầu lý tưởng cho sinh viên tìm hiểu sâu về ngành kỹ thuật.
Nhiệm vụ cần thực hiện
- Tìm hiểu công dụng, tính năng của thiết bị
- Tính toán, thiết kế thiết bị, tính toán tay máy (động học), tính toán xe di động
- Bản vẽ thiết kế thiết bị
- Lập trình điều khiển thiết bị
- Gia công, lắp ráp, chạy thử, đánh giá hiệu quả
Phạm vi giới hạn của đồ án
Do hạn chế về thời gian và ngân sách từ các thành viên trong nhóm, sản phẩm được thiết kế và gia công với quy mô nhỏ và độ hoàn thiện chưa đạt yêu cầu cao.
Với kiến thức và khả năng thực hành còn hạn chế, tính công nghệ trong sản phẩm chưa đa dạng Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu và chế tạo xe phun khử khuẩn, đáp ứng nhu cầu trong mùa dịch Covid-19 hiện nay.
Khó khăn trong quá trình thực hiện
- Lựa chọn thiết kế và tính toán chọn vật liệu, động học, trong việc tìm vật liệu, thiết bị phù hợp với đề tài, mất rất nhiều thời gian
- Gia công, lắp ráp vì không có được các dụng cụ đo lường chuẩn xác
- Sử dụng dung dịch với liều lượng phù hợp để diệt virus hiệu quả
- An toàn và cháy nổ thiết bị điện
- Tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp dẫn đến dãn cách xã hội, không thể mua vật liệu và hoàn thành 100% sản phẩm thực tế
TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP
Tìm hiểu sản phẩm
Trên thị trường hiện nay, xe phun khử khuẩn công nghệ cao vẫn chưa phổ biến, trong khi hầu hết công việc khử khuẩn chủ yếu dựa vào sức lao động con người với hiệu suất chưa cao Do đó, việc phát triển robot phun khử khuẩn là cần thiết để nâng cao hiệu quả, giảm bớt sức lao động và hạn chế tác động từ hóa chất đối với con người trong thời đại công nghệ 4.0 Nhóm chúng tôi đã khảo sát các sản phẩm công nghệ mới trên thị trường để lựa chọn phương án phù hợp cho đồ án của mình.
Robot nông nghiệp RG150 là một nền tảng xe không người lái hàng đầu thế giới, được thiết kế để phục vụ sản xuất nông nghiệp hàng loạt Với nhiều chế độ vận hành và chức năng mở rộng mạnh mẽ, RG150 có khả năng phun thuốc bảo vệ thực vật chính xác, ngăn chặn sâu bệnh, vận chuyển vật tư nông nghiệp và thu hoạch theo nhu cầu của người dùng.
Hình 2 1 Các thiết kế xe trên nhiều lĩnh vực (Nguồn Internet)
- Khung thép bảo vệ toàn diện, chắc chắn bền bỉ
- Chiều cao của gầm xe có thể điều chỉnh được
- Xe di chuyển linh hoạt, chống nước
- Dễ dàng lắp ráp, sửa chữa, thay thế
- Dung tích chứa thuốc và tải trọng vận chuyển lớn
- Khả năng tự vận hành cao đồng thời có khả năng kết hợp với máy bay viễn thám thành lập bản đồ phun tự động
- Hạn chế địa hình di chuyển
- Trọng lượng xe nặng, chưa có thân vỏ bảo vệ
Hình 2 2 Robot nông nghiệp phun thuốc RG150 (Nguồn Internet)
Nhóm nghiên cứu Robotics của Trường ĐH Tôn Đức Thắng đã thành công trong việc chế tạo robot khử khuẩn CD 1.0 (Covid Defender 1.0) và DR 1.0 (Disinfection Robot 1.0) Robot CD 1.0 được điều khiển từ xa, có khả năng phun thuốc khử khuẩn cho khu vực cách ly có nguy cơ nhiễm virus SARS-CoV-2 tại bệnh viện Trong khi đó, robot DR 1.0 có khả năng tự động di chuyển, ghi nhớ không gian làm việc và lặp lại hành trình, mang lại hiệu quả cao trong công tác khử khuẩn.
- Có thể quan sát, điều khiển từ xa thông qua cuộc gọi trên video
- Chi phí sản xuất thấp
- Điều khiển xa khoảng cách 2000m
Hình 2 3 Robot khử khuẩn CD 1.0 (Nguồn Internet)
- Dung tích bình chứa nhỏ.
So sánh sản phẩm
Robot nông nghiệp RG150 Robot khử khuẩn CD 1.0
Sử dụng khung thép chắc chắn
Xe tự hành thông minh qua AI
Di chuyển linh hoạt vượt địa hình tốt, chống nước, dễ dàng tháo lắp và thay thế
Hoạt động trong không gian rộng lớn
Kết hợp với viễn thám thành lập bản đồ phun tự động
Kích thước lớn khó vận chuyển khi gặp sự cố
Sử dụng khung nhôm và vỏ nhựa chống chịu va đập kém
Xe được điều khiển từ xa qua camera
Di chuyển linh hoạt còn hạn chế địa hình, chống nước, khó tháo lắp
Hoạt động trong không gian nhỏ
Khoản cách điều khiển tối đa 2000m
Kích thước nhỏ gọn dễ dàng vận chuyển
Thiết kế với nhiều dạng mẫu mã khác nhau.
Chỉ có duy nhất 1 mẫu thiết kế
Chi phí sản xuất và sửa chữa cao
Chi phí sản xuất và sửa chữa thấp
Tập trung phân phối cho các trang trại nông nghiệp
Chi tiết tự thiết kế, sản xuất khó tìm để thay thế trong thị trường
Buôn bán và phân phối sản phẩm trong và ngoài nước
Tập trung phân phối cho các khu cách ly Covid và bệnh viện
Chi tiết đa dạng, dễ dàng tìm kiếm thay thế trên thị trường
Chưa hoạt động kinh doanh buôn bán trong và ngoài nước
Xã hội Áp dụng nhiều trong cuộc sống
Có khả năng thay thế con người trong việc phun thuốc Vì vậy giảm sức người trong công việc và hạn chế tiếp xúc với hóa chất
Trong bối cảnh dịch bệnh Covid-19 hiện nay, việc áp dụng biện pháp hỗ trợ nhân viên phun khử khuẩn là rất cần thiết Biện pháp này giúp hạn chế tiếp xúc với mầm bệnh, bảo vệ sức khỏe con người một cách hiệu quả.
Sử dụng pin sạc hạn chế gây ô nhiễm môi trường
Vật liệu có thể tái chế sử dụng
Sử dụng pin sạc hạn chế gây ô nhiễm môi trường
Vật liệu có thể tái chế sử dụng
Bảng 2.1: So sánh thông số của 2 Robot
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Yêu cầu đối với sản phẩm
3.1.1 Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng:
- Năng suất và hiệu suất tương đối cao (tối thiểu 70%)
- Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường
- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng vệ sinh và lắp ráp
- Chi phí sản xuất thấp phù hợp với kinh tế thị trường
- Vận hành sử dụng dễ dàng, dễ hiểu
- Thời gian hoạt động tương đối dài (khoảng 5 -6h)
Robot có thể đạt những yêu cầu kỹ thuật và công nghệ đã đề ra
Trong quá trình vận hành, robot duy trì độ bền cao, không thay đổi kích thước và hình dạng Nó cũng đảm bảo sự ổn định, có khả năng chống mài mòn, chịu nhiệt và chịu chấn động tốt.
3.1.3 Độ tin cậy: Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, …) trong suất quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực hiện công việc đã quy định Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong một thời gian quy định hoặc quá trình thực hiện công việc
3.1.4 An toàn trong lao động:
Một kết cấu làm việc an toàn đảm bảo rằng trong điều kiện sử dụng bình thường, nó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng và không làm hư hại thiết bị, nhà cửa hay các đối tượng xung quanh.
3.1.5 Tính công nghệ và kinh tế: Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thoả mãn yêu cầu về tính công nghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích thước nhỏ nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất, kết quả cuối cùng là giá thành thấp
Máy cần được thiết kế với số lượng chi tiết tối thiểu, kết cấu đơn giản và dễ dàng trong quá trình chế tạo và lắp ráp Cấp chính xác trong sản xuất cũng cần được lựa chọn phù hợp, đồng thời vẫn đảm bảo đáp ứng các điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể.
Giải pháp
Để thiết kế robot hiệu quả, người thiết kế cần nghiên cứu các sản phẩm công nghệ tương tự nhằm đảm bảo tính hợp lý về thiết kế, công nghệ và cấu trúc Việc xác định các thông số thiết kế và mối quan hệ cấu trúc một cách tối ưu là rất quan trọng Để máy hoạt động hiệu quả, cần xác định hình dạng và kích thước chi tiết máy hợp lý, chọn vật liệu chế tạo phù hợp, đồng thời áp dụng các biện pháp tăng độ bền, giảm ma sát và nâng cao khả năng chống chịu để đảm bảo sản phẩm hoàn thiện đạt yêu cầu.
Phân tích các giải pháp
Nguồn dẫn động là yếu tố quan trọng của xe phun khử khuẩn, ảnh hưởng đến không gian làm việc của xe Thay đổi nguồn dẫn động giúp linh hoạt điều chỉnh kiểu dáng xe, đáp ứng nhu cầu công việc đa dạng.
Mỗi loại nguồn dẫn động đều có những ưu và nhược điểm riêng, vì vậy chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát để lựa chọn nguồn dẫn động phù hợp nhất cho xe phun khử khuẩn.
3.3.1.1 Truyền động thủy lực Ưu điểm:
- Dầu ép không nén được, nên các khớp robot có thể được khóa cứng ở một vị trí xác định
- Sử dụng cho điều khiển servo rất tốt
- Tự bôi trơn và tự làm nguội
- Hoạt động có thể dừng quá tải không làm hư hỏng hệ thống
- An toàn ở áp suất cháy nổ
- Tác động êm ở tốc độ thấp
- Chi phí cho một hệ thống dầu ép thông thường khá cao
- Không thích hợp cho cơ cấu quay với tốc độ nhanh
- Cần có đường xả dầu về bể
- Khó giảm kích thước hệ thống do áp suất và tốc độ dầu cao
- Nguồn dẫn dầu ép không phổ biến trong các nhà máy như nguồn khí nén và điện
- Chiếm chỗ trên mặt bằng nhiều hơn các nguồn dẫn khác
- Sự rò rỉ dầu sau một thời gian hoạt động và có thể trở thành mối nguy hại gây cháy nổ
3.1.1.2 Truyền động khí nén Ưu điểm: Đây là loại có giá thành thấp nhất, thường dùng trong các thao tác lắp đặt chi tiết trên các dây chuyền lắp ráp Đặc điểm nổi bật của loại này là trang bị đơn giản và dễ điều khiển Việc thiết kế và lắp đặt loại robot này khá đơn giản do các chuyển động độc lập được thược hiện bởi các xi lanh riêng rẽ hay bởi các modul khí nén chuyên dùng Nguồn dấn khí nén thích hợp trong điều khiển lắp đặt và làm nguồn dẫn động cho các tay gắp của robot
Nguồn dẫn khí nén có nhược điểm lớn là không thể tăng tốc hoặc giảm tốc cho các tải trọng lớn như các nguồn dẫn khác Việc điều khiển liên tục để đạt độ chính xác về vị trí với nguồn dẫn khí nén làm cho hệ thống trở nên không ổn định Hơn nữa, cơ cấu tác động sử dụng khí nén gây ra tiếng ồn do khí được xả ra ở áp suất cao Một nhược điểm khác của khí nén là quá trình sinh nhiệt, và nhiệt lượng này sẽ được truyền ra môi trường khi khí bị xả.
3.1.1.3 Truyền động điện Ưu điểm:
Robot sử dụng truyền động điện là lựa chọn tối ưu cho các công việc yêu cầu độ chính xác cao, nhờ vào khả năng đảm bảo chính xác, di chuyển linh hoạt và thực hiện các thao tác phức tạp một cách hiệu quả.
- Cơ cấu tác động nhanh và chính xác
- Có khả năng áp dụng kĩ thuật điều khiển phức tạp cho các chuyển động
- Thời gian triển khai robot hệ thống robot mới nhanh
- Nhiều động cơ có momen quay cao, trọng lượng giảm và thời gian đáp ứng nhanh
- Bản chất đã là tốc độ cao
- Khe hở bộ truyền bánh răng làm giảm độ chính xác
- Gây quá nhiệt khi hệ thống bị dừng hoạt động do quá tải
- Cần phải có thắng để ghim vị trí các khớp
Động cơ khí là bộ truyền động phổ biến nhất, có chức năng truyền cơ năng từ động cơ đến các bộ phận và chi tiết của máy móc Nó thường thay đổi lực, vận tốc, momen, và đôi khi cả đặc tính và quy luật chuyển động.
Vì vậy thường được chia ra các dạng truyền động cơ bản:
3.3.1.4.1 Truyền động bánh ma sát Ưu điểm:
- Bánh ma sát có cấu tạo đơn giản
- Khả năng hoạt động êm ái, không phát sinh tiếng ồn
- Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ
- Lực tác dụng lên trục và ổ khá lớn
- Tỉ số truyền không ổn định do có sự trượt giữa các bánh khi vận hành
- Khả năng tải tương đối thấp so với bánh răng
3.3.1.4.2 Truyền động đai Ưu điểm:
- Đem lại sự vận hành êm ái, trơn tru, ít ồn và khả năng chịu sốc cao
- Có tính đàn hồi, an toàn khi quá tải
- Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản sử dụng và thay thế
- Có khả năng truyền động giữa các trục cách xa nhau
- Không cần bôi trơn, tiết kiệm chi phí bảo dưỡng
- Tỉ lệ chính xác không cao
- Bị giới hạn bởi nhiệt độ ứng dụng
- Xảy ra hiện tượng trượt qua sự giản nở của dây đai
- Đòi hỏi phải căng dây đai khi thêm tải trọng lên ổ trục
- Độ an toàn không cao
3.3.1.4.3 Truyền động xích Ưu điểm:
- Kích thước truyền động xích công nghiệp nhỏ hơn truyền động đai
- Có khoảng cách trục lớn hơn
- Không xảy ra hiện tượng trượt như dây đai truyền động
- Tỉ số truyền ổn định, tải trọng tác dụng lên trục và các gối trục nhỏ
- Phạm vi công suất truyền động lớn
- Đem lại hiệu suất làm việc cao
- Có khả năng truyền chuyển động cùng lúc và truyền công suất cho nhiều trục
- Đòi hỏi phải làm căng xích vì xích dễ bị dãn dài ra do bản lề mòn
- Chế tạo phức tạp, quy trình lắp ghép đòi hỏi độ chính xác cao
- Gây tiếng ồn khi vận hành
3.3.1.4.4 Truyền động vitme Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm
- Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn
- Thực hiện được các dịch chuyển chính xác cao, mượt mà, ổn định, bền bỉ và lâu dài
- Hiệu suất truyền động lớn
- Độ cứng vững dọc trục cao
- Loại trừ tối đa khe hở, tạo được độ căng ban đầu tốt
Bộ điều khiển đóng vai trò quan trọng trong chế tạo xe phun khử khuẩn, thể hiện các đặc điểm kỹ thuật ưu việt Hiện nay, có nhiều phương pháp điều khiển xe như sử dụng rơle điện từ, vi điều khiển và PLC Mặc dù có nhiều lựa chọn, việc tìm ra phương pháp kinh tế và hiệu quả cao là điều cần thiết Chúng tôi sẽ tiến hành tìm hiểu, phân tích và lựa chọn phương pháp phù hợp trong phần này.
3.3.2.1 Điều khiển bằng các rơle điện từ
Trong giai đoạn đầu của thời kỳ phát triển công nghiệp vào khoảng năm 1960 và
Vào năm 1970, hệ thống điều khiển tự động được thực hiện qua các rơle điện từ nối tiếp bằng dây dẫn trong bảng điều khiển Tuy nhiên, nhiều bảng điều khiển có kích thước lớn, không thể gắn hoàn toàn lên tường, dẫn đến việc các dây nối không hoạt động tốt và thường xuyên xảy ra trục trặc trong hệ thống.
Hệ thống điều khiển rơle có thời gian làm việc giới hạn, do đó việc thay thế yêu cầu phải ngừng toàn bộ hệ thống và thay thế dây nối cho phù hợp Bảng điều khiển chỉ phục vụ cho một yêu cầu cụ thể và không thể thay đổi chức năng ngay lập tức, mà cần lắp ráp lại toàn bộ Việc bảo trì và sửa chữa cũng đòi hỏi thợ chuyên môn có tay nghề cao, dẫn đến tính linh hoạt của hệ thống điều khiển rơle hoàn toàn hạn chế.
3.3.2.2 Điều khiển bằng vi điều khiển Điều khiển bằng vi điều khiển thì giá thành rẻ, mạch có thể dùng pin hoặc ắc quy Và trong vi điều khiển có sử dụng các bộ timer, các hệ thống ngắt, câu lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản hơn
Bộ nhớ trong rất tiện lợi cho các chương trình quy mô nhỏ trong mạch, cho phép sử dụng ngay mà không cần thiết bị ngoại vi Hơn nữa, nó còn có khả năng giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính.
Lập trình robot với hệ thống điều khiển nhiều khâu chuyển động là một nhiệm vụ phức tạp Thực tế cho thấy, rất ít nhà sản xuất sử dụng vi điều khiển để thực hiện việc lập trình cho robot.
Với hệ thống điều khiển bằng PLC có những ưu điểm vượt trội sau:
- Giảm 80% số lượng dây nối
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp
- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng
Chức năng điều khiển thay đổi linh hoạt thông qua thiết bị lập trình như máy tính hoặc màn hình, giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh mà không cần thay đổi phần cứng, trừ khi có yêu cầu thêm hoặc bớt các thiết bị xuất/nhập.
- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng tốc độ sản xuất
- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại động cơ phù hợp cho thiết kế xe phun khử khuẩn, đáp ứng nhu cầu về tốc độ ổn định và giá cả hợp lý.
3.3.3.1 Động cơ bước: Ưu điểm:
- Góc quay của động cơ tỷ lệ thuận với xung đầu vào
- Phản ứng tuyệt vời để bắt đầu/ dừng/ đảo chiều
- Tuổi thọ của động cơ đơn giản phụ thuộc vào tuổi thọ của vòng bi
Phản ứng của động cơ với xung đầu vào kỹ thuật số cho phép điều khiển vòng mở, giúp đơn giản hóa và giảm chi phí kiểm soát động cơ.
- Có thể đạt được tốc độ quay đồng bộ rất thấp với tải trọng được kết nối trực tiếp với trục
- Một loạt các tốc độ quay có thể được thực hiện khi tốc độ tỷ lệ thuận với tần số của xung đầu vào
- Cộng hưởng có thể xảy ra nếu không được kiểm soát đúng cách
- Không dễ vận hành ở tốc độ cực cao
3.3.3.2 Động cơ DC xoay chiều: Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, dễ dàng sử dụng
- Sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện, không cần chỉnh lưu
- Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng
- Kết cấu bền vững, khả năng chịu quá tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ
- Giá thành thấp hơn so với truyền động dùng động cơ một chiều
- Mô men khởi động nhỏ, không sử dụng được trong các ứng dụng cần momen khởi động lớn
- Tiêu tốn nhiều điện năng hơn so với động cơ một chiều
3.3.3.3 Động cơ servo: Ưu điểm:
- Mômen trên trục đều hơn
- Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn
- Có nhiều kích cỡ hơn
- Độ chính xác cao hơn
- Không làm việc ở chế độ mạch điểu khiển hờ, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi
- Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển
- Bảo dưỡng tốn kém hơn Đặc biệt là động cơ DC servo
3.3.3.4 Động cơ giảm tốc: Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ
- Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện
- Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa
- Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích nghi cho từng người sử dụng
- Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện
- Khó điều chỉnh tốc độ
Các thông số của máy thiết kế
3.4.1 Mô hình xe phun khử khuẩn
Hình 3 1 Mô hình tổng thể bản vẽ thiết kế
1 Động cơ bước 8 Gối đỡ trục
2 Bình chứa thuốc 9 Bàn xoay
3 Cốt bánh răng 10 Ke góc vuông
5 Bánh xe 12 Nhôm định hình
6 Khung bánh xe 13 Vitme trục X
Bảng 3.1: Cấu tạo tổng thể của xe phun khử khuẩn 3.4.3 Nguyên lí hoạt động
Gá đầu phun được kết nối với vòi phun qua cấu trúc kẹp, trong khi ống dẫn liên kết với bình thuốc thông qua động cơ bơm Người dùng có thể điều chỉnh góc phun để đảm bảo diện tích phun khử khuẩn được bao quát tối đa Sau khi xác định khu vực cần phun, phần mềm điều khiển trên điện thoại sẽ được sử dụng để điều chỉnh động cơ giảm tốc và di chuyển xe đến vị trí mong muốn Thông tin từ điện thoại được truyền vào bộ điều khiển động cơ theo lập trình, cho phép tự động phân tích dữ liệu và thực hiện lệnh điều khiển các bộ phận Động cơ giảm tốc quay giúp bánh xe di chuyển từ vị trí khởi động đến vị trí mục tiêu; khi quay theo chiều kim đồng hồ, xe di chuyển thẳng, ngược lại sẽ lùi Để rẽ phải, động cơ bên phải tạm ngưng, bánh xích bên trái quay, và tương tự cho rẽ trái khi động cơ bên trái tạm ngưng hoạt động.
Khi bánh xích bên phải quay, đầu xe sẽ lệch sang trái Để dừng động cơ giảm tốc, người điều khiển chỉ cần thả tay khỏi lệnh di chuyển Động cơ 1 trục Y kết nối với cơ cấu bánh đai để điều khiển cần phun xoay quanh trục Y; khi động cơ quay theo chiều kim đồng hồ, cần phun cũng xoay theo chiều này, và ngược lại Động cơ 2 trục Y sử dụng cơ cấu vitme đai ốc để điều khiển cần phun di chuyển theo phương Y; khi động cơ quay theo chiều kim đồng hồ, cần phun di chuyển theo phương Y+, còn khi quay ngược chiều kim đồng hồ, cần phun di chuyển theo phương Y-.
Động cơ trục X được kết nối với cơ cấu vitme đai ốc để điều khiển chuyển động của cần phun theo phương X Khi động cơ bước quay theo chiều kim đồng hồ, cần phun di chuyển theo phương X Ngược lại, khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, cần phun sẽ di chuyển theo phương X-.
Các cụm chức năng
Hình 3 2 Cấu tạo cụm di chuyển
Cụm di chuyển được cấu tạo gồm:
1 Bình đựng dung dịch khử khuẩn
3 Động cơ bơm áp cao
6 Tấm kim loại cố định động cơ
Khi động cơ giảm tốc quay theo chiều kim đồng hồ, bánh răng sẽ chuyển động và kéo theo xích di chuyển Sự chuyển động này được hỗ trợ bởi ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc.
Quá trình quay của các bộ phận (9) và (10) tạo ra lực quán tính, giúp xe di chuyển về phía trước theo hướng từ trái sang phải (OX+) Khi động cơ giảm tốc và quay ngược chiều kim đồng hồ, xe sẽ chuyển động ngược lại từ phải sang trái (OX-).
Khi động cơ bơm hoạt động, dung dịch khử khuẩn sẽ được bơm từ bình thuốc lên các đường ống dẫn và phun ra từ vòi Khi động cơ bơm ngừng, chức năng phun khử khuẩn cũng sẽ dừng lại.
Cụm bàn xoay được cấu tạo gồm:
2 Gối đỡ vòng bi UCF
5 Gối đỡ vòng bi UCF
Hình 3 3 Cấu tạo cụm bàn xoay
Theo hình 3.3, khi động cơ bước (6) quay cùng chiều kim đồng hồ, lúc này dây curoa
Theo nguyên lý ma sát, bộ phận trục bàn xoay ở bên phải sẽ chuyển động theo hướng của động cơ nhờ vào quán tính, dẫn đến bàn xoay xoay theo chiều kim đồng hồ Ngược lại, khi động cơ bước quay ngược chiều kim đồng hồ, bàn xoay sẽ xoay theo hướng ngược lại.
Cụm vitme trục Y được cấu tạo gồm:
Khi động cơ bước (1) quay theo chiều kim đồng hồ, trục vít me (4) cũng quay theo cùng chiều, dẫn đến bàn trượt (7) mang bộ vitme trục Y di chuyển từ trên xuống dưới (theo chiều OY-) Ngược lại, khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, bàn trượt sẽ dịch chuyển từ dưới lên trên (theo chiều OY+).
Bộ vitme trục X được cấu tạo gồm:
Khi động cơ bước (5) quay theo chiều kim đồng hồ, trục vít me (2) cũng quay theo chiều này, dẫn đến bàn trượt (3) mang bộ vitme trục X di chuyển từ phải sang trái (theo chiều OX-) Ngược lại, khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, bàn trượt sẽ dịch chuyển từ trái sang phải (theo chiều OX+).
Phân tích, lựa chọn nguyên lí kết cấu của xe phun khử khuẩn
Sau khi thu thập và phân tích thông tin về các mẫu xe phun thuốc hiện có trên thị trường, chúng tôi đã thiết kế một mô hình xe phun khử khuẩn phù hợp cho thực hành và thí nghiệm Mô hình này bao gồm các bộ phận chính như bánh xe, khung xe, bình chứa thuốc phun khử khuẩn, cụm trục chính, bộ phận dẫn hướng, bi truyền động tịnh tiến, khớp nối trục và hệ thống điều khiển.
Thân xe là cấu trúc chịu lực chính, hỗ trợ các bộ phận phun phía trên, được lắp ráp chắc chắn và bền bỉ, có khả năng chịu va đập tốt Các cơ cấu phía trên được gắn chặt vào thân xe bằng bu lông - đai ốc, tạo nền tảng cho cụm bàn xoay, cụm trục chính và động cơ truyền động trục chính Ngoài ra, thân xe còn chứa bình thuốc hoặc vận chuyển vật tư, với khả năng di chuyển linh hoạt nhờ bánh xe, giúp tăng cường khả năng di chuyển trên nhiều địa hình và giảm thiểu sức lao động của con người.
Bộ truyền vitme - đai ốc bi dùng trong chuyển động chạy dao, biển chuyển động quay của trục vitme thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại
Hệ điều khiển có sự hỗ trợ của máy tính giúp điều chỉnh và tối ưu hóa chương trình gia công chi tiết cũng như chương trình hoạt động của máy.
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
Quy trình các bước tiến hành thiết kế máy và hệ thống điều khiển
Để hoàn thành đồ án một cách nhanh chóng và hiệu quả, nhóm chúng em đã xây dựng một quy trình cụ thể nhằm tránh sai sót và thiếu sót trong quá trình thực hiện.
- Vẽ và phác thảo ý tưởng
- Cụ thể hóa ý tưởng bằng mô hình 2D, 3D
- Tìm hiểu nguyên lí hoạt động, lên ý tưởng thiết kế bộ điều khiển
- Lựa chọn vật liệu cơ khí và linh kiện điện tử
- Mua, lắp ráp, thử nghiệm và sàn lọc các chi tiết trong bản thảo
- Thống nhất, tối ưu giải pháp 1 cách khoa học nhất
- Tiến hành hoàn thiện theo giải pháp mới đặt ra
- Chỉnh sửa sản phẩm và hoàn thành
Tính toán thiết kế
Vận tốc chạy lớn nhất khi cấp phôi: 𝑉 𝑚𝑎𝑥 = 7200𝑚𝑚/𝑝ℎ
Tốc độ vòng trên trục: 𝑁 𝑚𝑎𝑥 = 1000𝑣/𝑝ℎ
Hệ số ma sát trơn bề mặt: 𝜇 = 0,1
Khối lượng vitme nằm ngang : 𝑀 = 200g
Hình 4 1 Cơ cấu cần phun vitme bi
4.2.1.2 Tính toán hệ dẫn động
4.2.1.2.1 Một số đặc điểm của bộ truyền
Trong quá trình nâng vít me nằm ngang, lực dọc trục Fa tác động lên bộ truyền tương ứng với tổng khối lượng của vít me Tải trọng cần chịu đựng là nhỏ, điều này mang lại nhiều ưu điểm cho hệ thống.
- Cấu tạo đơn giản, chịu lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm
- Thực hiện được các dịch chuyển cần độ chính xác cao
- Điều khiển một cách dễ dàng
- Hiệu suất thấp do ma sát trên ren
Hình 4 2 Bộ truyền trục vít-đai ốc bi (Nguồn Internet)
4.2.1.2.2 Chọn vật liệu trục vít và đai ốc bi
Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mòn cao và dễ gia công Vật liệu vít: Thép 45
Vật liệu đai ốc: Gang xám
4.2.1.2.3 Tính toán, thiết kế cho chuyền động của hệ thống
Ta có khối lượng các chi tiết là:
Khối lượng vitme nằm ngang : 200(g)
Khối lượng trục vít và đai ốc dọc : 280(g)
Khối lượng đai ốc ngang : 7,5(g)
Khối lượng tay đỡ vitme: 50(g)
𝑚 = 200 + 280 + 7,5 + 50 = 537,5(𝑔) Lấy khối lượng trục vít và các chi tiết khác là 𝑚 = 600(𝑔)
Ta có lực dọc trục 𝐹 𝑎 tác dụng lên bộ truyền trục vít là tổng khối lượng của vitme ngang, đai ốc ngang, tay đỡ vít me
𝐹 𝑎 = 𝑁 = 𝑚 1 𝑔 = 0,2575.9,81 = 2,526(𝑁) Đường kính trung bình của ren trục vít
Theo điều kiện bền ta có:
𝜓 𝐻 = 𝐻/𝑑 2 - hệ số chiều cao đai ốc với 𝐻 - chiều cao đai ốc Đai ốc nguyên, chọn 𝜓 𝐻 = 2,0
𝜓 ℎ = ℎ/𝑝- hệ số chiều cao ren, với h- chiều cao làm việc của ren, p- bước ren; ren hình thang, chọn 𝜓 ℎ = 0,5
[𝑞]- áp suất cho phép, phụ thuộc vật liệu vít và đai ốc Ta có vật liệu vít-đai ốc là thép-đồng thanh, chọn [𝑞] = 10(𝑀𝑃𝑎)
Chọn đường kính trung bình 𝑑 2 = 7(𝑚𝑚)đường kính ngoài 𝑑 = 8(𝑚𝑚), đường kính trong 𝑑 1 = 6(𝑚𝑚), bước vít 𝑝 = 2(𝑚𝑚)
Chọn các thông số của vít và đai ốc
Theo công dụng của bộ truyền và yêu cầu về tự hãm, chọn số đầu mối ren 𝑧 ℎ :
Để đảm bảo tính tự hãm, cần chọn số mối ren 𝑧 ℎ = 1 Ngược lại, nếu yêu cầu vít thực hiện hành trình lớn hơn sau một vòng quay, nên chọn ren nhiều đầu mối với 𝑧 ℎ > 1 Ví dụ, nếu chọn 𝑧 ℎ = 4, ta sẽ có bước vít tương ứng.
Sau khi xác định được góc vít ta kiểm tra điều kiện tự hãm:
𝑐𝑜𝑠𝛿) Trong đó 𝛿- góc nghiêng của cạnh ren làm việc; ren hình thang, chọn 𝛿 = 15 0
𝑓- hệ số ma sát, phụ thuộc vào cặp vật liệu của vít và đai ốc, với thép – đồng thanh không thiếc, f= 0,4
Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren
Từ 𝑑 2 và hệ số chiều cao 𝜓 𝐻 tính được chiều cao đai ốc:
Số vòng ren của đai ốc:
2 = 7 ≤ 𝑧 𝑚𝑎𝑥 = 10 … 12 để tránh làm tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho các vòng ren
Tính kiểm nghiệm về độ bền
Kiểm tra độ bền theo ứng suất tương đương
𝐹 𝑎 , 𝑇 – tương ứng là lực dọc trục, N và momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít
Ta có momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít bằng momen xoắn trên trục đầu ra của hộp giảm tốc
𝑛 𝑢 P- công suất của động cơ, 𝑃 = 0,43(𝑊) n- số vòng quay của động cơ, 𝑛 = 200000(𝑣 𝑝ℎ)⁄ u- tỉ số truyền của hộp giảm tốc, 𝑢 = 12,7
[𝜎]- ứng suất cho phép (kéo hoặc nén), MPa; với 𝜎 𝑐ℎ - giới hạn chảy của vật liệu vít;
𝑑 1 - đường kính trong của ren vít, mm
Kết luận: Trục vít đủ bền
Tính kiểm nghiệm về độ ổn định
Đối với các vít dài và chịu nén, việc kiểm nghiệm uốn dọc là cần thiết để đảm bảo điều kiện ổn định của chúng theo tiêu chuẩn Ơ-le Công thức kiểm nghiệm được áp dụng để xác định tính ổn định và độ bền của vít trong các điều kiện làm việc khác nhau.
𝐹 𝑎 ≥ [𝑆 0 ] Trong đó: 𝑆 0 - hệ số anh toàn về ổn định
𝐹 𝑎 - tải trọng dọc trục (lực nén), N
[𝑆 0 ] = 2,5 … 4- hệ số an toàn cho phép Để xác định tải trọng tới hạn cần dựa vào độ mềm của vít
Trong đó: 𝜇- hệ số chiều dài tương đương Hai đầu trục vít được cố định bằng ổ lăn do vậy 𝜇 = 1
𝑙- chiều dài tính toán của vít, 𝑙 = 750(𝑚𝑚)
𝑖- bán kính quán tính của tiết diện trục vít
Momen quán tính của tiết diện vít là:
𝜆 = 1.7 0,274 = 25,547 ≤ 60 Độ ổn định tốt không cần kiểm tra
Dựa trên khảo sát thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh, các dãy hành lang, phòng học, phòng trọ và phòng cách ly trong bệnh viện có kích thước chiều cao khoảng 3m, chiều dài 4,5m và chiều rộng 4m Nhằm phù hợp với không gian nhỏ hẹp này, nhóm chúng tôi thiết kế xe phun khử khuẩn với kích thước tổng thể dài 650mm, rộng 450mm và cao 900mm, được gia công thủ công từ các vật liệu sẵn có trên thị trường như nhôm và sắt.
Khi chọn tốc độ cho thiết bị phun khử khuẩn, cần cân nhắc giữa tốc độ quá nhanh và quá chậm Tốc độ chạy quá nhanh sẽ khiến lượng thuốc phun ra không đều, trong khi tốc độ quá chậm có thể dẫn đến lãng phí thuốc Do đó, nhóm chúng tôi quyết định chọn vận tốc trung bình là 16 mét/phút để đảm bảo hiệu quả phun khử khuẩn.
Chọn bộ truyền động xích có bánh răng 𝑧 1 là 56 răng, 𝑧 2 là 14 răng
Xe có chiều dài 65cm và vòng xích quay 140cm Để đạt tốc độ 14 mét/phút, xích cần quay 10 vòng mỗi phút Với tỷ số truyền giữa hai bánh răng là 4, số vòng quay của động cơ sẽ là 10*4 = 40 vòng/phút.
Thiết bị có khối lượng thực tế là 30kg, trong đó khung xe nặng 15kg, cần phun và bình chứa chiếm 12kg, còn trụ đứng và các chi tiết nhỏ khác nặng 3kg.
Xe di chuyển với tốc độ ổn định trên mặt đường, trong khi hệ số ma sát lăn của cao su đạt 0.7, theo bảng A về hệ số ma sát của các vật liệu trong phần phụ lục.
Chọn động cơ 1530A công suất 50W, có tốc độ quay là 1500 vòng/phút qua hộp giảm tốc còn lại 40 vòng/phút có tỷ số truyền:
40 = 37,5 Momen xoắn của động cơ:
Hình 4 3 Các lực tác dụng
4.2.3 Thiết kế mạch điện và hệ thống điều khiển
Hình 4 4 Sơ đồ nối chân các linh kiện
4.2.4.1 Phần cơ cấu chuyển động
Hình 4 5 Sơ đồ khối lập trình chuyển động xe
4.2.4.2 Phần cơ cấu chuyển động
Hình 4 6 Sơ đồ khối lập trình cơ cấu phun khử khuẩn
Chọn lựa bộ phận gia công lắp ráp
4.3.1 Lựa chọn truyền động cơ khí
4.3.1.1 Vitme đai ốc bi TLM80
Vitme bi là một cơ cấu chấp hành trượt dẫn hướng, có chức năng chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến với lực ma sát thấp giữa các bộ phận trượt Cấu tạo của nó bao gồm vitme, bi và con trượt (đai ốc trượt), trong đó các viên bi di chuyển tuần hoàn bên trong trục và đai ốc trượt có rãnh xoắn ốc, đảm bảo hoạt động với độ chính xác cao.
Cơ cấu vitme là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng tải lớn, nhờ vào việc chế tạo với độ dung sai rất thấp, đáp ứng yêu cầu về độ chính xác cao Các viên bi trong cơ cấu này hoạt động hiệu quả với đai ốc trượt và các rãnh xoắn ốc trên cây vít, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình vận hành.
Hình 4 7 Vitme đai ốc bi TLM80 (Nguồn Internet)
Trục xoắn và con trượt kết hợp với nhau, trong đó một trong hai chi tiết có thể thực hiện chức năng di chuyển tịnh tiến Vitme bi hoạt động tương tự như vòng bi, với các hạt bi thép cứng di chuyển trong rãnh bi giữa hai phần bên trong và bên ngoài.
Vitme bi hoạt động tương tự như ổ bi, với các bi làm từ thép cứng di chuyển trên các rãnh bên trong hoặc bên ngoài.
Quá trình hoạt động của bi diễn ra liên tục trong rãnh đai ốc trượt và trục vít, tạo thành một cơ cấu tuần hoàn Nhờ vào cơ chế này, các viên bi luôn được giữ bên trong, đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.
Khi trục vitme quay, các viên bi thép di chuyển trong trục vít và đai ốc theo các rãnh nhất định, sau đó quay trở lại vị trí ban đầu qua một ống Đây là quá trình tuần hoàn của các viên bi bên trong vitme.
Hình 4 8 Cấu tạo vitme đai ốc bi (Nguồn Internet)
Khi lựa chọn vít me, kỹ sư thiết kế cần xem xét các yếu tố như tải trọng, tốc độ, chiều dài, tuổi thọ và số lượng Ngoài ra, bôi trơn và môi trường cũng là những yếu tố quan trọng Độ chính xác của vít me phụ thuộc vào quy trình sản xuất, với nhiều lựa chọn khác nhau tương ứng với giá thành Ví dụ, vít me cuộn được sản xuất bằng quy trình khuôn xoay, mang lại hiệu quả kinh tế nhưng có độ chính xác thấp.
Khả năng tự giữ của vitme là một yếu tố quan trọng cần lưu ý khi tải trọng lớn, đặc biệt khi động cơ bị tắt Để ngăn chặn tình trạng mất khả năng tự giữ, người dùng nên lựa chọn động cơ có phanh, thường là phanh từ, hoặc thiết kế các vị trí an toàn Ngoài ra, một số loại ren đặc biệt cũng có thể đảm bảo khả năng tự giữ hiệu quả.
Môi trường làm việc của vitme thường xuyên tiếp xúc với bụi bẩn và mảnh vụn, do đó, nhà sản xuất đã thiết kế vitme với khả năng ngăn chặn các hạt nhỏ rơi vào bên trong Để bảo vệ tốt hơn, bề ngoài vitme thường được bao bọc bởi lớp crom hoặc mạ niken.
Vitme bi là một thiết bị phổ biến với khả năng tùy biến cao, tuy nhiên không có hướng dẫn cụ thể cho việc chọn chất bôi trơn Khi lựa chọn bôi trơn, cần xem xét các yếu tố như tần suất sử dụng, nhiệt độ và tốc độ Dầu hoặc mỡ thường phù hợp cho hầu hết các ứng dụng, nhưng cần tránh các loại bôi trơn chứa molydisulfide và than chì Quan trọng là phải đảm bảo rằng các bộ phận của vít me, bao gồm trục vitme, bi và đai ốc trượt, được bôi trơn đúng cách.
4.3.1.1.4 Thông số kỹ thuật của vitme được sử dụng trong robot
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của Vitme đai ốc bi TLM80
4.3.1.2.1 Động cơ DC giảm tốc 1530A
Hình 4 9 Động cơ DC giảm tốc 1530A (Nguồn Internet)
Công Suất: 50W Điện áp: DC12V
- Dây Màu Đen (dây tín hiệu)
- Dây Màu Trắng (dây tín hiệu)
- Dây Màu Xanh Lá: GND
=> Số vòng: 1500/40 rpm (dòng tiêu thụ 1.2A)
- Dây Màu Xanh Dương: GND
=> Số vòng: 2250/60 rpm (dòng tiêu thụ 1.8A)
- Động Cơ: Đường kính 60MM, Chiều dài 90MM (Chuôi 20MM)
4.3.1.2.2 Động cơ bước 57HS11230 Nema 23
- Động cơ bước 57HS11230 Nema 23 có Kích thước: Mặt bích 57mmx57mm, chiều dài thân 112mm, đường kính trục 8mm, rãnh then
- Chịu tải: 3A, moment xoắn 3Nm, 4 dây, trọng lượng 1400g
- Là động cơ bước 3 pha
- Động cơ chạy êm, ổn định, tiếng ồn thấp
- Động cơ chạy không bị nóng, tuổi thọ cao
- Điều khiển chính xác góc quay
Hình 4 10 Động cơ bước 57HS11230 Nema 23 (Nguồn Internet)
- Động cơ bước 57, Nema 23 Dùng nhiều cho các máy khắc laser, máy cnc mini, máy tự động hóa nhỏ
- Động cơ bước của nhà máy sản xuất có chất lượng tốt, hoạt động ổn định, chính xác
Để tối ưu hóa khả năng di chuyển trên mọi địa hình một cách linh hoạt và có thể vận chuyển tải trọng lớn, nhóm chúng em đã quyết định thiết kế và gia công bánh xích.
4.3.2 Lựa chọn bộ điều khiển
4.3.2.1.1 Giới thiệu về Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là một sản phẩm nổi bật trong dòng mạch Mega, với nhiều cải tiến so với Arduino Uno, bao gồm 54 chân digital IO và 16 chân Analog IO Bộ nhớ Flash của Mega được nâng cấp gấp 4 lần so với phiên bản UNO R3, cùng với 3 Timer và 6 cổng Interrupt, giúp bo mạch này xử lý hiệu quả các bài toán phức tạp, điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự.
Hình 4 12 Arduino Mega 2560 (Nguồn Internet)
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560
Hình 4 13 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 (Nguồn Internet)
4.3.2.1.4 Chức năng của các chân Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 được trang bị mạch Reset với nút bấm, cho phép người dùng dễ dàng thiết lập lại hệ thống Chân Reset này cũng có thể được sử dụng để kết nối với các thiết bị khác, nhằm thiết lập lại bộ điều khiển một cách hiệu quả.
XTAL1, XTAL2: Thạch anh (16Mhz) được kết nối với xung Clock cung cấp cho bộ điều khiển
Chân AREF được sử dụng trong mạch ADC để chuyển đổi tín hiệu với điện áp tham chiếu bên ngoài, thay vì sử dụng điện áp tham chiếu nội bộ 1.1V hoặc 5V Các chân Digital (70) cũng có vai trò quan trọng trong quá trình này.
Chân số từ 0-53 (số) và 0-15 (tương tự) có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra cho thiết bị, thông qua các hàm Mode(), digitalWrite() và digitalRead().
Thiết bị đầu ra: Relay, LED, buzzer, LCD và các thiết bị khác
Thiết bị đầu vào: Nút ấn, cảm biến siêu âm, cần điều khiển và các thiết bị khác Chân tương tự (16)
Từ 0-15 (analog) có thể được sử dụng như chân đầu vào tương tự cho bô ̣ADC
Giá thành vật liệu gia công (ước tính)
STT TÊN VẬT LIỆU SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ GIÁ THÀNH (VNĐ)
11 Động cơ giảm tốc 2 Cái 510.000
16 Ốc, vít, bu lông 1.5 Kg 160.000
Bảng 4.4: Bảng giá vật liệu ước tính
THI CÔNG
Thi công, lắp ráp phần cơ khí
Tiến hành cắt, hàn lắp ráp khung sườn xe phun khử khuẩn
Hình 5 1 Hàn khung sắt Hình 5 1 Hàn khung sắt
Loại bỏ đi các phần hàn dư thừa Mài phẳng chi tiết
Hình 5 2 Mài phẳng khung sắt Hình 5 2 Mài phẳng khung sắt
Phun lớp sơn bảo vệ khung tránh bị ăn mòn bởi không khí
Hình 5 3 Khung sườn sau khi phun lớp sơn bảo vệ Hình 5 3 Khung sườn sau khi phun lớp sơn bảo vệ
Thi công, lắp ráp đện, điện tử điều khiển
Thiết kế và đi dây hệ thống điện và kết nối của xe phun khử khuẩn
Hình 5 4 Sơ đồ đi hệ thống điện của xe phun khử khuẩn Hình 5 4 Sơ đồ đi hệ thống điện của xe phun khử khuẩn
Lắp ráp các động cơ phần di chuyển của xe
Hình 5 5 Lắp ráp động cơ giảm tốc vào khung xe Hình 5 5 Lắp ráp động cơ giảm tốc vào khung xe
Kết nối động cơ giảm tốc với Pin Vận hành di chuyển thử với bánh xích
Hình 5 6 Lắp ráp, kết nối giữa động cơ giảm tốc và pin Hình 5 6 Lắp ráp, kết nối giữa động cơ giảm tốc và pin
Lập trình điều khiển
5.3.1 Giới thiệu về phần mềm Aruino IDE
Arduino IDE là một ứng dụng đa nền tảng, được phát triển bằng ngôn ngữ Java, và được lấy cảm hứng từ IDE cho ngôn ngữ lập trình Processing cùng với các dự án lắp ráp.
Arduino IDE là một công cụ lập trình mạnh mẽ, bao gồm trình soạn thảo mã với tính năng nổi bật như làm nổi bật cú pháp, khớp dấu ngoặc, thụt đầu dòng tự động và khả năng biên dịch cùng tải lên chương trình vào Board mạch chỉ với một cú nhấp chuột Chương trình viết cho Arduino được gọi là "sketch".
Chương trình Arduino được viết bằng C ++
Arduino IDE tích hợp thư viện phần mềm "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, giúp đơn giản hóa việc thực hiện các hoạt động đầu vào và đầu ra Người dùng chỉ cần định nghĩa hai hàm để xây dựng một chương trình điều hành theo chu kỳ hiệu quả.
Khi bật điện bảng mạch Arduino, hàm Setup() được gọi đầu tiên Sau khi hoàn thành hàm Setup(), Arduino sẽ chuyển sang hàm Loop() và lặp lại vô hạn cho đến khi tắt nguồn.
Các chức năng của Arduino IDE
Arduino IDE bao gồm các phần khác nhau:
Màn hình giao diện màn hình chính của phần mềm Aruino IDE
5.3.2 Viết phần mềm điểu khiển và giám sát int dcphun = 34; int ledphun 6;// led báo động cơ phun int ledlen 8;// led báo động cơ di chuyển lên
Hình 5 7 Giao diện chính của phần mềm Aruino IDE (Nguồn Internet)
Trong đoạn mã này, các biến được định nghĩa để điều khiển các đèn LED và relay trong hệ thống Cụ thể, `ledxuong` dùng để báo động cơ di chuyển xuống, `ledra` báo động cơ di chuyển ra, `ledvao` báo vào, `ledtrai` báo xoay trái, và `ledphai` báo xoay phải Cuối cùng, biến `relay` được sử dụng để bật hoặc tắt nguồn hệ thống.
//khai báo Diver động cơ bước 1 const int stepPin_1 = 2; // PUL const int dirPin_1 = 3; // DIR const int enPin_1 = 4; //ena
//khai báo Diver động cơ bước 2 const int stepPin_2 = 5; const int dirPin_2 = 6; const int enPin_2 = 7;
////////////dong co 4 di chuyển lên xuống////////////////////// const int stepPin_4 = 8; const int dirPin_4 = 22; const int enPin_4 = 24;
////////////dong co 5 di chuyển lên xuống////////////////////// const int stepPin_5 = 9; const int dirPin_5 = 26;
////////////dong co 6 di chuyển lên xuống////////////////////// const int stepPin_6 = 10; const int dirPin_6 = 30; const int enPin_6 = 32;
To initialize the system, begin by setting the serial communication at a baud rate of 9600 Configure the necessary pins as outputs, including the pins for DC pump control, stepper motor, direction, and enable signals for two stepper motors Ensure that the enable pins for both motors are set to LOW to activate them Additionally, set up the output pins for the LED indicators to manage their functionality effectively.
78 pinMode(ledvao,OUTPUT); pinMode(ledtrai,OUTPUT); pinMode(ledphai,OUTPUT); pinMode(ledphun,OUTPUT);
} void loop() { if(Serial.available()>0){ kitu = Serial.read();
} if(kitu==1){ // nếu nhận được kí tự 1 thì xe tiến
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_1,HIGH); digitalWrite(stepPin_1,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_1,LOW); delayMicroseconds(500); digitalWrite(dirPin_2,HIGH); digitalWrite(stepPin_2,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_2,LOW); delayMicroseconds(500);
79 if(kitu==2){ // nếu nhận được kí tự 2 thì xe rẽ trái
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_1,LOW); digitalWrite(dirPin_2,HIGH); for(int x = 0; x < 200; x++)
{ digitalWrite(stepPin_1,HIGH); digitalWrite(stepPin_2,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_1,LOW); digitalWrite(stepPin_2,LOW); delayMicroseconds(500);
} if(kitu==3){ // nếu nhận được kí tự 3 thì xe rẽ phải
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_1,HIGH); digitalWrite(dirPin_2,LOW); for(int x = 0; x < 200; x++)
{ digitalWrite(stepPin_1,HIGH); digitalWrite(stepPin_2,HIGH);
80 delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_1,LOW); digitalWrite(stepPin_2,LOW); delayMicroseconds(500);
} if(kitu==4){ // nếu nhận được kí tự 4 thì xe lùi
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_1,LOW); digitalWrite(stepPin_1,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_1,LOW); delayMicroseconds(500); digitalWrite(dirPin_2,LOW); digitalWrite(stepPin_2,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_2,LOW); delayMicroseconds(500);
} if (kitu==0){ // nếu nhận được kí tự 5 thì xe dừng
Serial.println(kitu); digitalWrite(stepPin_1,LOW);
//////////////////dong co 3 phun//////////////////////// if (kitu==6){ // phun
Serial.println(kitu); digitalWrite(dcphun,HIGH); digitalWrite(ledphun,HIGH);
Serial.println(kitu); digitalWrite(dcphun,LOW); digitalWrite(ledphun,LOW);
///////////dong co 4 di chuyen /////////////////////// if(kitu==8){ // di chuyển LÊN digitalWrite(ledlen,LOW);
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_4,HIGH); digitalWrite(stepPin_4,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_4,LOW); delayMicroseconds(500);
} if(kitu==9){ // DỪNG LÊN digitalWrite(ledlen,LOW);
Serial.println(kitu); digitalWrite(stepPin_4,LOW);
} if(kitu=){ // di chuyển XUỐNG digitalWrite(ledxuong,HIGH);
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_4,LOW); digitalWrite(stepPin_4,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_4,LOW); delayMicroseconds(500);
} if(kitu==9){ // DỪNG XUỐNG digitalWrite(ledxuong,LOW);
Serial.println(kitu); digitalWrite(stepPin_4,LOW);
83 if(kitu=){ // di chuyển ra digitalWrite(ledra,HIGH);
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_5,HIGH); digitalWrite(stepPin_5,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_5,LOW); delayMicroseconds(500);
Serial.println(kitu); digitalWrite(stepPin_5,LOW); digitalWrite(ledra,LOW);
} if(kitu=){ // di chuyển VÀO digitalWrite(ledvao,HIGH);
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_5,LOW); digitalWrite(stepPin_5,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_5,LOW); delayMicroseconds(500);
Serial.println(kitu); digitalWrite(stepPin_5,LOW); digitalWrite(ledvao,LOW);
///////////dong co 6 XOAY TRAI PHAI /////////////////////// if(kitu=){ // di chuyển XOAY TRÁI digitalWrite(ledtrai,HIGH);
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_6,HIGH); digitalWrite(stepPin_6,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_6,LOW); delayMicroseconds(500);
Serial.println(kitu); digitalWrite(stepPin_6,LOW); digitalWrite(ledtrai,LOW);
85 if(kitu=){ // di chuyển XOAY PHAI digitalWrite(ledphai,HIGH);
Serial.println(kitu); digitalWrite(dirPin_6,LOW); digitalWrite(stepPin_6,HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(stepPin_6,LOW); delayMicroseconds(500);
Serial.println(kitu); digitalWrite(stepPin_6,LOW); digitalWrite(ledphai,LOW); }
Serial.println(kitu); digitalWrite(relay,1); } if(kitu=){ // DỪNG
Serial.println(kitu); digitalWrite(relay,0);
5.3.3 Giao diện phần mềm điều khiển qua điện thoại
Hình 5 8 Màn hình điểu khiển xe phun khử khuẩn
Lập trình mô phỏng
SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D tham số, ra đời vào năm 1995 và chạy trên hệ điều hành Windows Được phát triển bởi công ty SOLIDWORKS thuộc Dassault Systèmes, một công ty con của tập đoàn công nghệ hàng đầu Dassault Systèmes, S A tại Vélizy, Pháp, SOLIDWORKS hiện có gần 6 triệu người dùng bản quyền trên toàn cầu, bao gồm khoảng 200.000 doanh nghiệp và tập đoàn.
Phần mềm SOLIDWORKS, ra mắt lần đầu vào năm 1995, đã trải qua nhiều bước phát triển vượt bậc về tính năng và hiệu suất, đáp ứng tốt nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật và công nghiệp Ngoài ra, SOLIDWORKS còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như đường ống, kiến trúc, nội thất và xây dựng nhờ vào khả năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục giải pháp hỗ trợ đa dạng.
Gồm những tính năng cơ bản:
- Thiết kế mô hình 3D chi tiết
- Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép
- Xuất bản vẽ dễ dàng
- Tính năng Tab và Slot
- Cải tiến quản lí dự án và quy trình
- Các tiện ích cải tiến
- Phân tích động lực học
Còn rất nhiều các giải pháp Solidworks cho quy trình từ thiết kế đến sản xuất và nhiều hơn thế…
SOLIDWORKS 3D CAD: bao gồm 3 loại Standard, Professional, Premium đáp ứng các nhu cầu thiết kế khác nhau
SOLIDWORKS Premium là gói phần mềm thiết kế 3D CAD cao cấp nhất trong hệ thống SOLIDWORKS, cung cấp các tính năng Simulation Express và khả năng xử lý dữ liệu quét 3D.
SOLIDWORKS Professional nâng cấp từ gói CAD 3D tiêu chuẩn với các tính năng bổ sung như thư viện chi tiết tiêu chuẩn, công cụ kẹp nhanh, và tính toán giá thành sản phẩm gia công tự động Nó còn cho phép truy cập và chuyển đổi dữ liệu hình học, cùng với các công cụ hỗ trợ tự động tìm kiếm lỗi trong thiết kế và sử dụng PhotoView 360 để tạo hình ảnh chất lượng cao.
SOLIDWORKS Standard cung cấp khả năng thiết kế 3D mạnh mẽ, cho phép người dùng mô hình hóa chi tiết và lắp ghép hiệu quả Nó hỗ trợ tái sử dụng thiết kế và tự động hóa quy trình, đồng thời cung cấp các công cụ mô phỏng hoạt họa, giúp nâng cao hiệu suất làm việc trong thiết kế kỹ thuật.
SOLIDWORKS Visualize cung cấp khả năng tạo các hình ảnh chất lượng, hình ảnh động và nội dung 3D khác chỉ trong vài phút đôi khi chỉ trong vài giây
SOLIDWORKS Electrical giúp tích hợp thiết kế điện và thiết kế cơ khí Có SOLIDWORKS Electrical 2D và SOLIDWORKS Electrical 3D để bạn lựa chọn cho từng nhu cầu công việc
SOLIDWORKS PCB hỗ trợ thiết kế bản vẽ mạch điện tử Altium
Nhóm phần mềm mô phỏng:
SOLIDWORKS Simulation là công cụ mô phỏng và xác nhận thiết kế toàn diện, bao gồm các tính năng như mô phỏng động học, mô phỏng chuyển động, phân tích tĩnh, phân tích tần số, phân tích mất ổn định, phân tích mỏi và kiểm tra rơi tự do Ngoài ra, công cụ này còn hỗ trợ phân tích phi tuyến và áp suất trong bình bồn, giúp người dùng tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo tính khả thi trước khi sản xuất.
SOLIDWORKS Flow Simulation cho phép mô phỏng dòng chảy, truyền nhiệt, lực dòng chất lỏng
SOLIDWORKS Flow Simulation HAVC – Giải pháp phân tích tối ưu nhiệt độ, thông gió và hệ thống điều hòa không khí
SOLIDWORKS Plastics: mô phỏng dòng chảy của nhựa trong khuôn, dự đoán các khuyết tật trong quá trình thực hiện khuôn ép nhựa
Giải pháp SOLIDWORKS Composer là phần mềm hỗ trợ tự động hóa việc tạo hình ảnh và video từ giai đoạn thiết kế, giúp bạn dễ dàng sản xuất tài liệu hướng dẫn kỹ thuật và lắp ráp.
SOLIDWORKS MBD là giải pháp tích hợp cho sản xuất không cần bản vẽ, cho phép mô tả, tổ chức và phát hành dữ liệu 3D PMI cùng mô hình 3D trực tiếp trong các lĩnh vực công nghiệp theo các chuẩn chung.
SOLIDWORKS Enterprise PDM là giải pháp quản lý dữ liệu sản phẩm doanh nghiệp giúp bảo mật, chính xác và an toàn trong việc hợp tác và quản lý thiết kế Hệ thống này giảm thiểu sai sót, loại bỏ việc làm lại và mất công khôi phục dữ liệu, đồng thời tổ chức quy trình làm việc hiệu quả và đảm bảo thông tin thiết kế được trao đổi một cách thống nhất.
SOLIDWORKS CAM, phát triển từ CAM Works, là giải pháp bổ sung cho hệ thống tổng thể của SOLIDWORKS, hỗ trợ quy trình hoàn chỉnh từ phác thảo ý tưởng, thiết kế mô hình, quản lý dữ liệu cho đến sản xuất.
Phần mềm SOLIDWORKS Inspection là giải pháp hiệu quả cho việc đo kiểm sau sản xuất, hỗ trợ mọi loại công cụ đo từ thước kẹp điện tử đến hệ thống máy đo CMM cao cấp.
Gói dịch vụ SOLIDWORKS Subscription cung cấp nâng cấp và hỗ trợ kỹ thuật hàng năm, giúp khách hàng tối ưu hóa các dịch vụ giá trị gia tăng khi sử dụng phần mềm 3D SOLIDWORKS trong quá trình phát triển sản phẩm.
90 Giao diện mới bắt đầu của Solidworks
Hình 5 9 Giao diện mới bắt đầu của solidwork
Bảng thông báo các lựa chọn
Hình 5 10 Bảng thông báo các lựa chọn
Hình 5 11 Giao diện phần Part
Thanh công cụ Command Manager
Thanh Sketch: Vẽ biên dạng
Thanh Surfaces: Các lệnh làm việc với mặt
Hình 5 12 Thanh công cụ Command Manager
Thanh Futures: Các lệnh làm việc với khối, các lệnh trong phần 1 là tạo khối, phần 2 là đục, khoét khối được tạo ra từ phần 1
Có thể vào Options => Customize => Command => Features để tạo ra các lệnh mới theo như cầu của mình
Hình 5 16 Thêm và bớt các lệnh cần thiết
Và một vài lệnh thông dụng khác
Hình 5 17 Các lệnh công dụng khác
Hình 5 18 Thiết kế khung và bánh xích
Hình 5 19 Thiết kế khu vực chứa thuốc
Hình 5 20 Thiết kế bộ chuyển động của xe
Hình 5 21 Thiết kế tấm đỡ vitme bi
Hình 5 22 Thiết kế vitme bi
Hình 5 23 Thiết kế cơ cấu cần phun thuốc
Hình 5 24 Sản phẩm thiết kế hoàn thiện
Mô phỏng, chạy thử sản phẩm
Hình 5 26 Xe di chuyển tiến về phía trước
Hình 5 27 Xe di chuyển lùi về phía sau
Hình 5 28 Cần phun thuốc xoay trái
Hình 5 29 Cần phun thuốc xoay phải
Hình 5 30 Cần phun thuốc thu ngắn
Hình 5 31 Cần phun thuốc dài ra
Hình 5 32 Cần phun thuốc tăng chiều cao
Hình 5 33 Cần phun thuốc hạ thấp chiều cao
Do tình hình dịch bệnh Covid-19 phức tạp tại TP HCM và việc áp dụng chỉ thị 16, nhóm chỉ có thể hoàn thành một phần cơ cấu của xe phun khử khuẩn.
Một số hình ảnh thực tế được trích từ Video
Hình 5 34 Xe bắt đầu di chuyển
Hình 5 35 Xe vượt địa hình dốc
Hình 5 36 Xe có thể chịu tải trọng tốt trong khi di chuyển